Способ управления зубофрезерованием Советский патент 1992 года по МПК B23F5/12 

Изобретение относится к металлообработке.

Цель изобретения - повышение производительности путем поддержания постоянства интенсивности износа инструмента на уровне, соответствующем его экономической стойкости.

На фиг.1 приведено изображение зоны резания при фрезеровании с вертикальной подачей и расположение в этой зоне наиболее изнашиваемого зуба; на фиг.2 - положения зоны резания, соответствующие различным периодам резания; на фиг.З - графики изменения интенсивности износа и частоты вращения фрезы в зависимости от пути перемещения фрезы относительно заготовки.

Взаимодействие фрезы 1 с заготовкой 2 происходит в пределах зоны резания 3, образуемой совокупностью срезов, выполняемых зубьями фрезы, участвующими в резании. Интенсивность износа зубьев фрезы, участвующих в резании, существенно неодинакова. При этом существует зуб с наибольшей интенсивностью износа, лимитирующий стойкость всего инструмента. Поэтому назначение периода экономической стойкости производится по наиболее изнашиваемому зубу (НИЗ). Положение НИЗ в зоне резания близко к положению зуба, первым вступающего в процесс резания (точка А на фиг. 1). Каждый зуб, участвующий в резании, в том числе и НИЗ, имеет собственные длины пути врезания и выхода из заготовки, равные между собой. Длина

сл ел ю го

пути врезания и выхода НИЗ из заготовки соответствует длине АВ среза (фиг.1), выполняемого этим зубом при его полном врезании в заготовку. Расчет в.

Заданная экономическая стойкость предполагает некоторую оптимальную интенсивность

CTJF) износа

НИЗ, которая

имеет место в условиях его полного врезания в заготовку. В периоды врезания и выхода фрезы из заготовки интенсивность

- износа НИЗ изменяется соответственно dt

ОТ О ДО ()уст И ОТ (-)уст ДО 0.

В указанные периоды -

изменяется

соответственно прямо и обратно пропорционально пути, пройденному фрезой относительно заготовки. Обозначив через I текущую величину перемещения НИЗ относительно заготовки от момента начала врезания, в соответствии с фиг.2 получим следующую зависимость, изображенную графически на фиг.З(а).

при О l IB

dlh dt

rdh

rdh (gfjycr

при B B (1) (1 - ) при В I В + le

- В

Как видно из графика фиг.3(а), во время врезания и выхода фрезы из заготовки НИЗ оказывается недогруженным по износу, что, увеличивая стойкость инструмента по сравнению с экономической стойкостью ТЭк, уменьшает производительность обработки по сравнению с оптимальной. В данном способе поддержание интенсивности износа НИЗ на уровне (т)уст достигается увеличением частоты вращения фрезы в период врезания и выхода НИЗ из заготовки.

Связь интенсивности износа НИЗ с частотой п вращения фрезы описывается степенной зависимостью вида

тг н dt

где Н - коэффициент, зависящий от текущих значений длины и толщины среза и постоянных параметров обработки; X - показатель степени, зависящий от физико- механических свойств материала заготовки. При отсутствии адаптивного управления, когда частота вращения фрезы остается неизменной в течение всего времени обработки, текущее значение интенсивности износа НИЗ определяется уравнением

dh L, . х

- -Н Пуст,

(3)

0

где пуст - частота вращения фрезы, обеспечивающая при полном врезании фрезы в заготовку оптимальную интенсивность износа ()уст.

Закон изменения частоты п, обеспечивающий поддержание (-т-)уст. можно определить на основании (2), учитывая, что, согласно (3) при отсутствии адаптивного управления, - соответствует пуст. Тогда

rdh

)ycT(

dh

dt

Пуст

n n

уст

Ф

dh dt

1/x

(4)

dh

Подставляя выражение - из(1)в(4),

получаем искомый закон изменения n в зависимости от пути перемещения фрезы относительно заготовки (фиг.З, б).

0

5

0

5

n /-Ц1/Х

Пуст (-j-J

Пуст

О/

при 0 I IB при 1В I В

Пуст (-.гТпО Х ПРИ В I В + 1В

IB I т В

(5)

Изменение частоты n согласно (5) свыше Пуст имеет некоторый физический предел По, определяемый либо верхней границей диапазона скоростей станка, либо температурной стойкостью материала инструмента. При этом на начальном участке Дех пути врезания и конечном участке Двых пути выхода фрезы из заготовки будет сохраняться постоянное значение частоты По (фиг.З, б). Длину участка Дех можно определить на основе (5), учитывая, что в конце этого участка n n0, a I Дех Тогда

/ I 1//х

По Пуст Ш ,(6)

55

A(nVCT

откуда Дех М-

50ЛVПо

Аналогично определяется длина участка Двых с учетом того, что в начале этого участка n n0, a I В + в - Двых .

Тогда

| 1/Х

По Пуст

Пуст

IB - В - 1В + Двых + В

1/Х

Двых/

/ X

откуда Дех п° /

Поскольку на участках Дзх и Авых частота п0 остается меньше частоты, необходимой для поддержания интенсивности

износа на постоянном уровне (г)уст , на

этих участках - будет переменной. График фактического изменения интенсивно

сти износа (-)факт в зависимости от пути перемещения фрезы приведен на фиг.З(в).

Как видно из формул (6) и (7), (-)факт буоat

дет тем более приближаться к идеальному случаю - (-т-)уст, чем больше соотношение По/Пуст. С учетом показанных физиче- 10 ских ограничений на изменение частоты вращения шпинделя на основании (5)-(7) получим

Изобретение м.б. использовано для чернового нарезания цилиндрических зубчатых колес на зубофрезерных станках с числовым программным управлением. Изменяют частоту вращения фрезы в период врезания и выхода ее из заготовки на основе зависимости, обеспечивающей постоянство интенсивности износа фрезы на заданном уровне, соответствующем расчетной экономической стойкости. Одновременно изменяют частоту вращения заготовки и вертикальной подачи фрезы пропорционально частоте вращения фрезы. 3 ил. Ё

ПоПри 0 I IB (Пуст/По)Х

Пуст (ld/l)1/XПри IB (Пуст/По) I IB

ПустПРИ 1В I В

Пуст 1в/(в - I + В)1/ХПри В I В + I 1 - (Пуст/По)

ПоПри В + IB 1 - (пуст/По)Х I В + IB

Для того, чтобы сохранить неизменными конструктивные и точностные параметры нарезаемого колеса при изменении п по предлагаемому закону, необходимо одновременно осуществлять пропорциональное изменение частоты п3аг вращения заготовки и величины SMB вертикальной минутной подачи фрезы

Ґ)

SMB S8 Пзаг К2 П,

где Zio - число заходов на фрезе;

Zi - число зубьев нарезаемого колеса;

Т - шаг винтовой поверхности зуба нарезаемого колеса;

SB - величина вертикальной подачи фрезы на оборот заготовки.

Показатель степени х, входящий в закон изменения частоты вращения фрезы в формуле изобретения и в уравнении (2-8), равен

J

mi

где mi - определяемый по справочнику показатель относительной стойкости, учитывающий взаимную связь скорости резания и стойкости в известной формуле Cv

X

V

SB Yv mxv

где Т - стойкость, SB - подача, m - модель фрезы (колеса). Диапазон изменения mi 0,25-0,5, х 2-4.

Значения Cv, показатели степени mi, yv, xv и значение стойкости Т в формуле v

(8)

15

20

25

30

35

40

45

50

определяются по справочным данным.

Частота вращения фрезы в установившийся период резания в соответствии с известной формулой связи скорости резания, частоты вращения и радиуса фрезы

1000 у Пуст где Ra0 радиус фрезы.

Подставляя найденное по формуле значение v в формулу, определяют значение Пуст, входящее в аналитическое выражение закона изменения частоты вращения фрезы в составе формулы изобретения.

.-Значение по частоты вращения фрезы на входе и выходе из заготовки ограничено температуростойкостью материала инструмента и определяется из следующих сообг ражений.

Связь-температуры резания со скоростью резания имеет вид степенной зависимости

6Р Ci vzv

в которой показатель степени Zv, определяемый по справочнику, изменяется в пределах Zv 0,26-0,72.

Температуростойкость быстрорежущих сталей, из которых изготовляется большинство червячных фрез, составляет $кр 620- 640°С.

С другой стороны, оптимальная температура резания, соответствующая экономической стойкости инструмента из быстрорежущей стали, составляет в%т 320°С, что примерно в два раза ниже его температурестойкости бкр. Тогда можно записать пропорцию

V0

ZV

zv

- 9

« Л 1

Vycii/опт

где v0 - максимально допустимая по условию температуростойкости скорость резания в начале резания и в конце выхода фрезы из заготовки, Ууст - скорость резания в установившийся период резания, соответствующая экономической стойкости инструмента.

Поскольку v и п связаны линейной зависимостью, то с учетом пропорции

n0Zv 2nyCTZv или По 21/Zv пуст

По

пуст (1в/1)1/х

Пуст

ПустРв/Ов-1 +В) По

при 0 I 1В (ПУСТ/ПО)Х при в (пусТ/По)Х I S 1В

при 1В I В

1/х при В I В + 1В 1 - (пуст/п0)х

при В + 1В 1 - (пуст/П0)Х I В + 1Е

где По - максимально допустимая по условиям температурной стойкости инструмента частота вращения фрезы;

пуст - частота вращения фрезы, обеспе- чивающая при полном врезании фрезы в заготовку интенсивность износа, соответствующую экономической стойкости инструмента;

1В -длина пути врезания и выхода из заго- товки наиболее изнашиваемого зуба фрезы;

Фи&1Так, при Zv 0,7 По 2,7 пуст. При Zv 0,3 имеем п0 10,1 пуст, что для конкретной модели станка может оказаться неосуществимым. В этом случае в качестве п0 будет задаваться верхняя граница диапазона регулирования скорости вращения фрезы для данного станка.

Формула изобретения Способ управления зубофрезеровани- ем, включающий изменение вертикальной подачи фрезы в период врезания и выхода из заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, перемещение фрезы после врезания осуществляют, изменяя частоту вращения фрезы, по закону

- длина пути, пройденного фрезой от момента начала врезания;

В - ширина нарезаемого колеса;

х - показатель степени, зависящий от физико-механических свойств материала заготовки и конструктивных параметров инструмента и заготовки, при этом частоту вращения заготовки и вертикальную подачу фрезы изменяют прямо пропорционально частоте вращения фрезы.

/